KR20030095716A - 액정분배장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정과 노즐이 낮은 젖음성 관계를 갖도록 하여 액정 적하량을 균일하게 할 수 있는 액정분배장치에 관한 것으로, 액정을 담는 용기와, 상기 용기와 연결된 액정토출의 개폐부와, 상기 개폐부와 연결되어 있고, 액정 배출구를 가지며, 외표면상에 다수의 돌기를 갖는 불소수지막을 구비한 노들을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

액정분배장치{LIQUID CRYSTAL DISPENSING APPARATUS}

본 발명은 액정분배장치(Liquid Crystal Dispensing Apparatus)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액정분배장치의 노즐(Nozzle)에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Lipuid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 브라운관(Cathode Ray Tube)을 대체하면서 액정표시장치가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 텔레비전 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.

LCD는 서로 마주 보도록 결합되어 있는 두 기판과 그 사이에 주입되어 온도의 변화나 농도의 변화에 따라 상 전이를 발생하는 액정 물질로 이루어져 있다.

상기 액정은 액체의 유동성과 고체의 장거리 질서(Long Range Order) 성질을 가지는 액체와 고체의 중간 성질을 갖는 물질이다. 즉, 고체인 결정이 녹아서 액체가 되기 전에 고체결정이나 액체가 아닌 중간 상태로 되는 것을 말하며, 빛을 쪼이거나 전계 또는 자계를 부가시키면 광학적인 이방성 결정에 특유한 복굴절성을 나타내고, 어떠한 온도 범위내에서는 액체와 결정의 쌍방의 성질을 나타낸다.

이러한 LCD는 크게 어레이(Array) 공정, 컬러 필터(Color Filter) 공정, 액정 셀(Cell) 공정 및 모듈(Module) 공정을 거쳐 제조된다.

상기 어레이 공정은 증착(Deposition) 및 사진 석판술(Photolithography), 식각(Etching) 공정을 반복하여 제 1 기판(제 1 기판) 상에 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT로 약칭) 어레이를 제작하는 공정이고, 컬러 필터 공정은 화소 영역을 제외한 부분에는 빛이 차광되도록 제 2 기판에 블랙 매트릭스(Black Matrix)을 형성하고, 염료나 안료를 사용하여 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 컬러 필터를 제작한 후, 공통전극용 ITO(Indium Tin Oxide)막을 형성하는 공정이다.

또한, 액정 셀 공정은 박막 트랜지스터 형성 공정이 완료된 제 1 기판과 컬러필터 공정이 완료된 제 2 기판 사이에 일정한 셀갭이 유지되도록 합착하여 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 액정을 주입하여 LCD 셀을 형성하는 공정이고, 상기 모듈 공정은 신호 처리를 위한 회로부를 제작하고, 박막 트랜지스터 액정표시장치의 패널과 신호처리회로부를 실장 기술을 통해 서로 연결한 후 기구물을 부착하여 모듈을 제작하는 공정이다.

여기서, 종래의 액정 셀 공정을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 복수 개의 제 1 기판이 적재된 카세트(Cassette;도시되지 않음)와 복수 개의 제 2 기판이 적재된 카세트(도시되지 않음)가 각각 로더(Loader;적재기)에 의해 각각의 포트(Port)에 안착된다.

여기서, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판에는 복수개의 액정표시패널이 설계되어 있으며, 각 패널에 해당되는 상기 제 1 기판에는 일정간격을 갖고 일 방향으로 배열된 복수개의 게이트 라인(Gate Line)과 상기 각 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 배열되는 복수개의 데이터 라인(Data Line)과 상기 게이트 라인 및 데이터 라인에 의해 정의된 매트릭스(Matrix) 화소 영역에 각각 형성되는 복수개의 박막 트랜지스터 및 화소 전극들이 형성되어 있다. 또한, 각 패널에 해당되는 상기 컬러필터 기판에는 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스(Black Matrix)층과 컬러 필터층 및 공통전극 등이 형성되어 있다.

다음, 상기 복수 개의 제 1 기판 및 복수 개의 제 2 기판을 각각 하나씩 선택하도록 프로그램(Program) 된 로봇 암(Robot Arm)을 이용하여 제 1 기판 및 제 2 기판을 선택한다.

이어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 선택된 제 1 기판과 제 2 기판 상의 각 패널에 배향물질을 도포한 후 액정분자가 균일한 방향성을 갖도록 하는 배향 공정(1S)을 각각 진행한다. 상기 배향 공정(1S)은 배향막 도포 전 세정, 배향막 인쇄, 배향막 소성, 배향막 검사, 러빙 공정 순으로 진행된다.

다음, 배향 공정(1S) 후 갭(Gap) 공정이 진행된다. 상기 갭 공정은 제 1 기판 및 제 2 기판을 각각 세정(2S)한 다음, 제 1 기판에 셀 갭(Cell Gap)을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(Spacer)를 산포(3S)하고, 제 2 기판의 각 패널 외곽부에 액정주입구를 갖는 씨일(Seal)재를 도포(4S)한 후 상기 제 1 기판과 제 2 기판에 압력을 가하여 합착(5S)한다.

그리고, 상기 합착된 제 1 기판과 제 2 기판을 각 단위 액정패널별로 절단 및 가공한다(6S).

이후, 상기와 같이 가공된 각각의 단위 액정패널에 상기 액정주입구를 통해액정을 주입한 후, 상기 액정주입구를 봉지한다(7S).

다음, 각 단위액정패널의 절단된 면을 연마하고, 외관 및 전기적 불량 검사(8S)를 진행함으로써 액정표시소자를 제작하게 된다.

여기서, 상기 액정주입공정을 살펴보면 다음과 같다.

액정 물질을 주입할 때에는, 먼저 액정 물질을 용기에 담은 다음, 챔버(Chamber) 속에 용기를 집어넣고 상기 챔버 안의 압력을 진공상태로 유지함으로써 액정 물질 속이나 용기 안벽에 붙어 있는 수분을 제거하고 기포를 탈포한다.

이어, 챔버 안의 압력을 진공 상태로 유지한 채로 빈 액정 셀의 액정 주입구를 액정 물질에 담그거나 접촉시킨 다음, 챔버 안의 압력을 진공 상태로부터 대기압 상태까지 높이면, 빈 액정 셀 안의 압력과 챔버의 압력 차이에 의하여 액정주입구를 통하여 액정 물질이 주입된다.

그러나, 이러한 종래의 액정 주입 방법에 의한 액정표시장치의 제조 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 단위 패널로 컷팅한 후, 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 주입구를 액정액에 담가 액정을 주입하므로 액정 주입에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 저하된다.

둘째, 대면적의 액정표시장치를 제조할 경우, 액정 주입식으로 액정을 주입하면 패널내에 액정이 완전히 주입되지 않아 불량의 원인이 된다.

셋째, 상기와 같이 공정이 복잡하고 시간이 많이 소요되므로 여러개의 액정주입 장비가 요구되어 많은 공간을 요구하게 된다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 대면적 유리기판에 액정을 적하하기 위한 액정분배장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 액정주입방식을 적용한 액정 셀 공정을 설명하기 위한 공정순서도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 액정적하방식을 적용한 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정분배장치를 설명하기 위한 사시도.

도 4는 액정뭉침현상을 설명하기 위한 단면도.

도 5는 도 4의 액정뭉침현상을 제거한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 : TFT 기판 2 : 액정

2a : 액정뭉침현상 2b : 액정방울

3 : 씨일재 5 : 컬러필터 기판

11 : PE 용기 12 : 제 1 체결부

13 : 니들 시트 14 : 제 2 체결부

15 : 노즐 100 : 액정분배장치

200 : 테플론 코팅막 200a : 돌기

상기 목적 달성을 위한 본 발명의 액정분배장치는 액정을 담는 용기와, 상기 용기와 연결된 액정토출의 개폐부와, 상기 개폐부와 연결되어 있고, 액정 배출구를 가지며, 외표면상에 다수의 돌기를 갖는 불소수지막을 구비한 노즐을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 개폐부는 상기 용기와 연결되는 제 1 체결부와, 상기 제 1 체결부와 연결되는 제 2 체결부와, 상기 제 1, 제 2 체결부 사이에 결합되어 액정주입 통로의 역할을 하는 니들시트로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 액정적하방식을 적용한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정분배장치를 설명하기 위한 사시도이며, 도 4는 액정뭉침현상을 설명하기 위한 단면도이며, 도 5는 도 4의 액정뭉침현상을 제거한 단면도이다.

액정적하방식은 단위 패널 내부와 외부의 압력차에 의해 액정을 주입하는 것이 아니라 액정을 직접 대면적 유리기판에 적하(Dropping)하고 기판의 합착 압력에 의해 적하된 액정을 패널 전체에 걸쳐 균일하게 분포시킴으로써 액정층을 형성하는것이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, TFT 기판(1)과 컬러필터 기판(5) 상에 배향물질을 도포한 후 액정분자가 균일한 방향성을 갖도록 하는 배향 공정이 수행된다.

상기 배향 공정이 수행된 TFT 기판(1)과 컬러필터 기판(5)을 세정한 다음, TFT 기판(1)에 액정주입구가 없는 프레임(Frame) 형상의 자외선 경화형 씨일재(3)를 소정의 두께로 도포하고, 상기 씨일재(3) 안쪽(박막트랜지스터 어레이 부분)에 적당량의 액정(2)을 고르게 적하한다. 이때, 상기 액정(2)은 액정분배장치(100)를 이용하여 일정한 피치(Pitch)와 패턴(Pattern)으로 일정량만큼 균일하게 도팅(Dotting)된다.

다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(도시되지 않음) 내에서 컬러필터 기판(5)을 상기 씨일재(3)가 인쇄된 TFT 기판(1)위에 위치시킨 다음, 합착함으로써 액정패널을 형성한다.

그런 다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 진공 챔버 내를 대기압으로 복원하면 상기 합착된 TFT 기판(1) 및 컬러필터 기판(5)이 챔버 내와 기판 사이의 압력차로 인하여 기판이 가압되면서 TFT 기판(1)과 컬러필터 기판(5) 사이에 액정이 충진되어 액정층을 이룬다. 그런 다음, 상기 씨일재(3)의 도포 영역에 UV 광원을 이동시키면서 조사하여 씨일재(3)를 경화시킨다.

이어서, 액정이 충진된 액정패널을 절단하여 다수의 액정단위패널을 형성하고, 상기 다수의 액정단위패널의 외관 및 전기적 점등검사를 수행하여 불량 여부를판단함으로써 액정표시장치를 제조한다.

상기 외관 검사는 액정단위패널에 전기적 연결이 안된 상태에서의 액정 배향 및 충진된 상태 등을 검사하는 공정이고, 상기 전기적 점등검사는 일정 전압을 인가하는 전압 단자를 구비하는 A/P(Auto/Probe)장비를 이용하는 것으로, 상기 액정단위패널의 TFT 기판에 형성된 게이트 라인(Gate Line)과 데이터 라인(Data Line)에 상기 전압 단자를 전기적으로 연결함으로써 패널의 전기적 불량 검사, 예를 들면 셀 갭 불량이나 액정 주입 불량(미주입, 리크 등)을 검사하는 공정이다.

이러한 액정적하방식은 최적의 적하량으로 액정이 적하되는 것이 매우 중요하다. 즉, 상기 액정이 적하되는 양이 부족하면 상기 액정층내에 기포가 생기게 되고, 과다하면 표시 불균일 현상 등이 발생한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 다음과 같은 액정분배장치를 이용함으로써 액정을 적하한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 액정분배장치(100)는 액정(2)을 담는 용기로서 내측에 배치된 폴리에틸렌 소재의 PE 용기(11)와 그 외부에 배치되어 상기 PE 용기(11)를 지지하는 외부 케이스(도시되지 않음)를 포함한다. 액정분배장치(100)는 PE 용기(11)의 체결부위(11a)와 연결되는 제 1 체결부(12) 및 제 2 체결부(14)와, 상기 제 1, 제 2 체결부(12, 14) 사이에 액정(2) 주입 통로인 니들 시트(Needle Sheet, 13)와, 니들 시트(13)를 통해 흘러나오는 액정(2)을 기판상에 투여하는 노즐(15)이 도시되어 있다. 여기서, 제 1, 제 2 체결부(12, 14)는 일측부는 숫나사로 되어 있고, 타측부는 암나사로 되어 있다.

상기 체결부위(11a)는 암나사로 되어 있어 제 1 체결부(12)의 일측부(12a)와 체결되고, 제 1 체결부(12)의 타측부(12b)는 제 2 체결부(14)의 일측부(14a)와 접속되어 있다. 이때, 상기 제 1 체결부(12)의 타측부(12b)와 제 2 체결부(14)의 일측부(14a)와의 체결시 니들 시트(13)가 맞물려 체결된다.

그리고, 노즐(15)은 제 2 체결부(14)의 타측부(14b)와 접속된다.

이때, 상기 액정(2)을 적하하는 최종 통로가 되는 노즐(15)은 금속으로 되어 있는데, 이를 통해 액정(2)이 분배될 때 도 4에 도시된 바와 같이, 액정뭉침현상(20)이 발생할 수 있다. 액정뭉침현상(20)이란, 금속인 노즐(15)을 통해 액정이 분배될 때, 금속과 액정과의 높은 젖음성(Wettability), 친수성(Hydrophilic)으로 인해 액정이 노즐(15) 단부의 외표면상으로 타고 올라가는 현상을 말한다.

이러한 액정뭉침현상(20)으로 인하여 노즐(15)과 액정(2)과의 표면 마찰에 비해 중력의 영향을 받을 만큼의 액정량이 되어야 TFT 기판(1)으로 적하된다. 이것은 직접 액정 적하량의 불일치(2a)를 유발시키는 요인이 된다.

따라서, 이러한 문제점을 방지하기 위해 상기 노즐(15)은 도 3과 같이, 액정 배출구를 가지면서 외표면상에는 다수의 돌기(200a)가 형성된 테플론(Teflon) 코팅(Coating)막(200)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 테플론(Teflon)은 미국 듀폰(DUPONT)사의 등록 상표로서 다른 고분자 화합물이 갖지 못한 독특한 물리적, 화학적 특성을 지닌 불소수지의 상품명이다.

테플론의 기본 형태는 PTFE(Ploy Tetra Fluoro Ethylene), FEP(Flourinated Ethylene Prophylene) 및 PFA(Poly Fluoro Alkoxy)의 3 가지 형태로 기본을 이루며, 그 외 특수 유기화합물을 첨가할 수도 있다.

이러한 테플론을 도료화하여 철, 스테인레스, 알루미늄, 동, 유리, 고무, 세라믹, 플라스틱 등 기존 재료에 스프레이(Spray) 및 분말정전도장, 건조, 가열, 소성의 공정으로 거쳐 테플론 코팅막을 형성한다.

상기 테플론 코팅막(200)은 비접착성, 내열성, 내약품성, 내마모성, 전기절연성 등 테플론 고유의 특성을 갖는다.

특히, 테플론 코팅막(200)은 거의 모든 물질이 달라붙지 않는 비접착성, 저마찰계수, 물이나 기름에 친하지 않는 비유성의 특성을 가지는데, 이러한 특성으로 인하여 액정(2)과 노즐(15)이 낮은 젖음성 관계를 갖도록 하여 액정 적하량을 균일하게 한다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 테플론 코팅막(200)으로 인해 노즐(15)의 외표면과 상기 외표면에 접촉한 액정 방울(2b)이 높은 접촉각(θ)을 가지게 된다.

즉, 테플론 코팅막(200)과 액정(2)은 낮은 젖음성과 낮은 표면 에너지를 가지게 되어 액정과 테플론 코팅막(200) 표면의 마찰력이 작아지기 때문에 액정이 중력에만 영향을 받게되므로, 액정(2)이 분배될 시점에 분배가 이루어져 일정량을 도팅할 수 있게 된다.

접촉각(θ)이란 액체가 고체 표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰 때 이루는 각을 말하는 것으로, 온도, 시간, 부피, 밀도, 중력, 방울 크기, 표면거칠기에변수 요인이 있으며, 특히, 표면 거칠기에 많은 영향을 받는다.

테플론 코팅막(200)의 표면에 돋아난 돌기(200a)의 평균 거칠기 값을 RA라 하면, RA < 0.1㎛일 때에는 접촉각의 변화가 거의 없으며, RA > 0.1㎛ 일 때 상기 접촉각은 변이한다.

테플론 코팅막(200)은 표면이 소수성(Hydrophobic)이기 때문에 액정 방울(2b)끼리 응집하려는 효과가 있어 평균 거칠기 값(RA)이 크면 클수록 접촉각이 크다.

반면, 노즐(15)과 같은 금속은 표면이 친수성이기 때문에 액정 방울(2b)이 노즐 표면에 접착하려는 특성이 강해 접촉각(θ)이 작아지며, 평균 거칠기 값(RA)이 크면 클수록 액정 방울(2b)의 표면적이 늘어나는 효과가 있어 접촉각(θ)이 더 작아진다.

이러한 특성을 이용하여 노즐(15) 단부의 외표면의 거칠기를 조절하여 저표면에너지/ 저마찰계수/ 고미끄럼성/ 저접착성/ 고접촉각 등의 성질을 강화하여 종래의 액정의 뭉침을 방지할 수 있다.

따라서, 노즐(15) 외표면에 코팅된 돌기(200a)를 갖는 테플론 코팅막(200)에 의해 액정 방울(2b)과 테플론 코팅막(200) 표면의 마찰력이 최소화 되도록 표면 거칠기를 주어 적하 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이러한 균일하게 액정을 분배할 수 있는 액정분배장치(100)를 이용하여 상기 액정적하방식을 적용한 액정 셀 공정을 실시하면 적하 정밀도의 향상에 의하여 액정층내의 기포 발생 및 표시 불균일 현상 등을 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 액정분배장치의 노즐에 대해서만 설명하였지만, 다른 용제를 갖는 분배장치에도 적용 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상술한 본 발명의 액정분배장치에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 액정적하방식을 이용하여 짧은 시간 동안에 직접 기판상에 액정을 적하하기 때문에 대면적의 액정표시소자의 액정층 형성도 매우 신속하게 진행할 수 있게 될 뿐만 아니라, 필요한 양의 액정만을 직접 기판상에 적하하기 때문에 액정의 소모를 최소화할 수 있게 되므로 액정표시소자의 제조비용을 대폭 절감할 수 있다는 장점을 가진다.

둘째, 액정분배장치의 노즐 단부의 외표면의 거칠기를 조절하여 저표면에너지/ 저마찰계수/ 고미끄럼성/ 저접착성/ 고접촉각 등의 성질을 강화함으로써, 종래의 액정의 뭉침을 방지할 수 있다.

이에 의해, 액정 적하 방식을 적용한 액정 셀 공정을 상기와 같은 액정분배장치를 이용하여 실시하면 적하 정밀도의 향상에 의하여 액정층내의 기포 발생 및 표시 불균일 현상 등을 용이하게 조절할 수 있다.

따라서, 안정된 액정 패널을 제조함으로써 화면 품위 및 수율 향상을 꾀할수 있다.

Claims (5)

1. 액정을 담는 용기와,

   상기 용기와 연결된 액정토출의 개폐부와,

   상기 개폐부와 연결되어 있고, 액정 배출구를 가지며, 외표면상에 다수의 돌기를 갖는 불소수지막을 구비한 노즐을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정분배장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 불소수지막은 테플론 코팅막인 것을 특징으로 하는 액정분배장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 개폐부는 상기 용기와 연결되는 제 1 체결부와,

   상기 제 1 체결부와 연결되는 제 2 체결부와,

   상기 제 1, 제 2 체결부 사이에 결합되어 액정주입 통로의 역할을 하는 니들시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정분배장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 돌기의 평균 표면 거칠기는 적어도 0.1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 액정분배장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 액정과 테플론 코팅막 표면의 마찰력이 최소화되도록 상기 돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정분배장치.